diff --git a/ClumsyPilot/ParkrobTrajplanner/Trajplanner_guide/EmPlannerFullPipelineDemo.cs b/ClumsyPilot/ParkrobTrajplanner/Trajplanner_guide/EmPlannerFullPipelineDemo.cs new file mode 100644 index 0000000..a7c8ab7 --- /dev/null +++ b/ClumsyPilot/ParkrobTrajplanner/Trajplanner_guide/EmPlannerFullPipelineDemo.cs @@ -0,0 +1,311 @@ +using System; +using System.Collections.Generic; +using System.Threading; +using MultiWheelC.TrajectoryPlanning.CoarsePath; +using MultiWheelC.TrajectoryPlanning.EMPlanner; +using MultiWheelC.TrajectoryPlanning.Mapping; +using MultiWheelC.TrajectoryPlanning.PathSmoothing; +using MultiWheelC.TrajectoryPlanning.PathSmoothing.Facade; +using MultiWheelC.TrajectoryPlanning.TrajectoryObservation; +using Trajectory2D = MultiWheelC.Trajectory.Trajectory2D; + +namespace MultiWheelC.TrajectoryPlanning.Guide; + +/// 固定离线示例的只读输出,同时保留 EM 时间轨迹和控制器几何轨迹。 +public sealed class FixedOfflinePlanningOutput +{ + public FixedOfflinePlanningOutput( + EmTrajectory emTrajectory, // 来源:EM 发布闸门后的非空时间轨迹。 + Trajectory2D controllerTrajectory) // 来源:同一 EM 轨迹经控制适配器生成的 SI 轨迹。 + { + EmTrajectory = emTrajectory ?? + throw new ArgumentNullException(nameof(emTrajectory)); + ControllerTrajectory = controllerTrajectory ?? + throw new ArgumentNullException(nameof(controllerTrajectory)); + } + + public EmTrajectory EmTrajectory { get; } + + public Trajectory2D ControllerTrajectory { get; } +} + +/// +/// 展示固定、静态、单方向的离线规划数据流;本类不读取实时定位,也不发送底盘命令。 +/// +public static class EmPlannerFullPipelineDemo +{ + public static FixedOfflinePlanningOutput CreateFixedOfflineTrajectory( + CancellationToken cancellationToken) + { + // 步骤 1:定义固定世界起点和终点 + var startPose = new Pose2D( + 1.50d, // 来源:固定场景起点世界 X;单位 m。 + 1.50d, // 来源:固定场景起点世界 Y;单位 m。 + 0d); // 来源:固定场景起点车头航向;单位 rad。 + var goalPose = new Pose2D( + 6.50d, // 来源:固定场景终点世界 X;单位 m。 + 1.50d, // 来源:固定场景终点世界 Y;单位 m。 + 0d); // 来源:固定场景终点车头航向;单位 rad。 + + // 步骤 2:定义车辆、曲率和搜索预算 + const double vehicleLengthMeters = 1.00d; + const double vehicleWidthMeters = 0.60d; + const double safetyMarginMeters = 0.10d; + const double maximumCurvaturePerMeter = 0.80d; + var vehicle = new VehicleParameters + { + LengthMeters = vehicleLengthMeters, // 来源:固定车辆本体长度;单位 m。 + WidthMeters = vehicleWidthMeters, // 来源:固定车辆本体宽度;单位 m。 + SafetyMarginMeters = safetyMarginMeters, // 来源:固定碰撞安全余量;单位 m。 + MaximumCurvaturePerMeter = maximumCurvaturePerMeter, // 来源:固定运动学上限;单位 1/m。 + MinimumTurningRadiusMeters = null, // 来源:本示例已直接给出最大曲率;单位 m。 + }; + var coarseConfiguration = new HybridAStarConfiguration + { + PrimitiveLengthMeters = 0.40d, // 来源:固定搜索原语长度;单位 m。 + IntegrationStepMeters = 0.05d, // 来源:固定原语积分间距;单位 m。 + MaximumCollisionCheckStepMeters = 0.025d, // 来源:固定连续碰撞检查步长;单位 m。 + HeadingResolutionRadians = Math.PI / 36d, // 来源:固定航向离散;单位 rad。 + CurvatureLevelCount = 5, // 来源:固定曲率离散级数;无单位。 + GoalPositionToleranceMeters = 0.15d, // 来源:固定终点位置容差;单位 m。 + GoalHeadingToleranceRadians = Math.PI / 36d, // 来源:固定终点航向容差;单位 rad。 + MaximumExpandedNodes = 100000, // 来源:固定节点预算;单位为节点数。 + SearchTimeout = TimeSpan.FromSeconds(5d), // 来源:固定搜索时间预算;单位 s。 + HeuristicWeight = 1d, // 来源:固定启发式权重;无单位。 + ReverseCostMultiplier = 1.5d, // 来源:固定倒车代价倍率;无单位。 + GearSwitchPenaltyMeters = 1d, // 来源:固定换向惩罚;单位 m 等价代价。 + CurvatureMagnitudeWeight = 0.10d, // 来源:固定曲率代价权重;无单位。 + CurvatureChangePenaltyMetersPerLevel = 0.05d, // 来源:固定曲率变化惩罚;单位 m/级。 + ClearanceCostWeight = 0.20d, // 来源:固定净空代价权重;无单位。 + ClearanceCostDistanceMeters = 0.50d, // 来源:固定净空代价作用距离;单位 m。 + AllowReverse = false, // 来源:固定场景只允许前进;无单位。 + }; + + // 步骤 3:建立静态地图 + var bounds = new MapBoundsMm( + 0f, // 来源:固定地图 X 下界;单位 mm。 + 8000f, // 来源:固定地图 X 上界;单位 mm。 + 0f, // 来源:固定地图 Y 下界;单位 mm。 + 5000f); // 来源:固定地图 Y 上界;单位 mm。 + const float resolutionMm = 50f; + IReadOnlyList obstacles = new IMapObstacle[] + { + new CircleObstacle( + 4000f, // 来源:固定圆障碍圆心 X;单位 mm。 + 3500f, // 来源:固定圆障碍圆心 Y;单位 mm。 + 400f), // 来源:固定圆障碍半径;单位 mm。 + }; + var obstacleSource = new ManualObstacleSource( + "fixed-offline-obstacles", // 来源:固定障碍快照身份;无单位。 + 1L, // 来源:固定障碍快照版本;非负版本号。 + true, // 来源:障碍来源必须成功投影;无单位。 + obstacles); // 来源:上方固定世界障碍列表;几何坐标单位 mm。 + var mapRequest = new PlanningMapRequest + { + Bounds = bounds, // 来源:固定地图边界;单位 mm。 + ResolutionMm = resolutionMm, // 来源:固定栅格边长;单位 mm。 + ObstacleSources = new IMapObstacleSource[] { obstacleSource }, // 来源:固定障碍来源快照。 + AllowExplicitEmptyMap = false, // 来源:本场景要求障碍物真实参与建图;无单位。 + }; + PlanningMapBuildResult mapResult = new PlanningMapFactory().Create(mapRequest); + if (!mapResult.Succeeded || mapResult.Map == null || !mapResult.Map.PlanningReady) + { + string reason = mapResult.Map != null && !mapResult.Map.PlanningReady + ? mapResult.Map.PlanningBlockReason + : mapResult.FailureReason; + throw new InvalidOperationException("固定离线地图不可用于规划:" + reason); + } + PlanningGridMap map = mapResult.Map; + + // 步骤 4:建立粗路径请求 + var coarseRequest = new PlanningRequest + { + Map = map, // 来源:步骤 3 的冻结地图快照。 + Start = startPose, // 来源:步骤 1 的起点;位置 m、航向 rad。 + Goal = goalPose, // 来源:步骤 1 的终点;位置 m、航向 rad。 + Vehicle = vehicle, // 来源:步骤 2 的车辆;尺寸 m、曲率 1/m。 + Configuration = coarseConfiguration, // 来源:步骤 2 的固定搜索配置。 + StartVehicleCurvature = 0d, // 来源:固定起步直行状态;单位 1/m。 + StartDirection = TravelDirection.Forward, // 来源:固定场景仅前进;无单位。 + GoalDirection = GoalDirectionConstraint.Forward, // 来源:固定终点以前进方向到达;无单位。 + }; + + // 步骤 5:搜索粗路径 + PlanningResult coarseResult = new HybridAStarPlanner().Plan( + coarseRequest, + cancellationToken); + if (coarseResult.Status != PlanningStatus.Success) + { + throw new InvalidOperationException( + "Hybrid A* 粗路径失败:" + + coarseResult.Diagnostics.TerminationReason); + } + + // 步骤 6:请求并执行 Local G2 平滑 + var smoothingConfiguration = new PathSmoothingConfiguration + { + OutputSpacingMeters = 0.025d, // 来源:固定平滑输出间距;单位 m。 + MaximumCollisionCheckStepMeters = 0.025d, // 来源:固定扫掠复核步长;单位 m。 + MinimumClearanceReserveMeters = 0.02d, // 来源:固定额外净空;单位 m。 + CurvatureLimitRadiusToleranceMeters = 0.002d, // 来源:固定曲率半径容差;单位 m。 + }; + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.MinimumWindowLengthMeters = 0.20d; // 单位 m。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.PreferredWindowLengthMeters = 0.50d; // 单位 m。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.MaximumWindowLengthMeters = 0.80d; // 单位 m。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.MaximumDeviationMeters = 0.10d; // 单位 m。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.AbsoluteCurvatureJumpFloorPerMeter = 0.001d; // 单位 1/m。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.CurvatureJumpRatioOfMaximum = 0.05d; // 无单位。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.MinimumPeakGradientImprovementRatio = 0.20d; // 无单位。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.MaximumVariationCostRegressionRatio = 0.02d; // 无单位。 + smoothingConfiguration.LocalG2Quintic.MaximumCandidatesPerRegion = 12; // 单位为候选数。 + var smoothingRequest = new PathSmoothingRequest( + coarseResult.Path, // 来源:成功粗路径;位置与弧长单位 m、航向 rad。 + coarseResult.Segments, // 来源:成功粗路径的方向分段;无单位。 + map, // 来源:步骤 3 的同一冻结地图快照。 + vehicle, // 来源:步骤 2 的同一车辆约束;尺寸 m、曲率 1/m。 + smoothingConfiguration); // 来源:本步骤显式固定的 Local G2 配置。 + PathSmoothingResult smoothingResult = new PathSmoothingService().Smooth( + smoothingRequest, + cancellationToken); + bool smoothingSucceeded = + smoothingResult.Status == PathSmoothingStatus.Complete || + smoothingResult.Status == PathSmoothingStatus.PartialImprovement || + smoothingResult.Status == PathSmoothingStatus.NotNeeded || + smoothingResult.Status == PathSmoothingStatus.Unchanged; + if (!smoothingSucceeded || + smoothingResult.Path == null || smoothingResult.Path.Count == 0 || + smoothingResult.Segments == null || smoothingResult.Segments.Count == 0) + { + throw new InvalidOperationException( + "Local G2 平滑没有发布完整路径:" + + smoothingResult.Diagnostics.TerminationReason); + } + + // 步骤 7:选择一个方向段 + IReadOnlyList directionSegments = + ReferencePathSegmenter.Create(smoothingResult); + if (directionSegments.Count != 1) + { + throw new InvalidOperationException( + "固定控制器演示不得跨越换挡边界,平滑路径必须恰好包含一个方向段。"); + } + DirectionSegmentView activeSegment = directionSegments[0]; + if (activeSegment.Direction != TravelDirection.Forward) + { + throw new InvalidOperationException("固定离线演示只接受前进方向段。"); + } + + // 步骤 8:建立初始运动状态 + DateTimeOffset planningTimeUtc = DateTimeOffset.UtcNow; + var vehicleState = new VehicleMotionState( + startPose, // 来源:步骤 1 的固定起点;位置 m、航向 rad。 + 0d, // 来源:固定静止起步状态;有符号纵向速度单位 m/s。 + 0d, // 来源:固定静止起步状态;纵向加速度单位 m/s²。 + planningTimeUtc, // 来源:本次离线调用的 UTC 快照时刻。 + 0L); // 来源:固定离线状态版本;非负序列号。 + + // 步骤 9:冻结 EM 配置 + EmPlannerConfiguration emConfiguration = EmPlannerConfiguration.CreateDefault(); + emConfiguration.Scheduling.TimeHorizonSeconds = 20d; // 固定完整段时间窗口;单位 s。 + emConfiguration.Scheduling.DistanceHorizonMeters = 10d; // 固定空间窗口;单位 m。 + emConfiguration.Scheduling.OutputTimeStepSeconds = 0.10d; // 固定发布间隔;单位 s。 + emConfiguration.Scheduling.SolverTimeoutSeconds = 5d; // 固定求解预算;单位 s。 + emConfiguration.Scheduling.MaximumVehicleStateAgeSeconds = 1d; // 固定状态时效;单位 s。 + emConfiguration.Longitudinal.MaximumForwardSpeedMetersPerSecond = 0.60d; // 单位 m/s。 + emConfiguration.Longitudinal.DesiredForwardSpeedMetersPerSecond = 0.40d; // 单位 m/s。 + emConfiguration.Longitudinal.MaximumAccelerationMetersPerSecondSquared = 0.40d; // 单位 m/s²。 + emConfiguration.Longitudinal.MaximumDecelerationMetersPerSecondSquared = 0.40d; // 单位 m/s²。 + emConfiguration.Longitudinal.MaximumJerkMetersPerSecondCubed = 1.00d; // 单位 m/s³。 + emConfiguration.Solver.MaximumOuterIterations = 5; // 固定顺序凸化迭代数。 + emConfiguration.Solver.MaximumOsqpIterations = 10000; // 固定 OSQP 迭代数。 + + // 步骤 10:建立 EM 请求 + var emRequest = new EmPlanningRequest( + smoothingResult, // 来源:步骤 6 的完整平滑路径;位置与弧长单位 m。 + map, // 来源:步骤 3 的冻结地图快照。 + vehicle, // 来源:步骤 2 的车辆约束;尺寸 m、曲率 1/m。 + vehicleState, // 来源:步骤 8 的固定运动状态;SI 单位、UTC。 + emConfiguration, // 来源:步骤 9 的显式低速泊车配置。 + 0, // 来源:步骤 7 已验证的唯一方向段;零基索引。 + null, // 来源:首次固定离线规划没有上一条轨迹。 + planningTimeUtc, // 来源:本次请求发起 UTC 时刻。 + planningTimeUtc, // 来源:本次轨迹生效 UTC 时刻。 + "fixed-offline-em-trajectory", // 来源:固定非空输出轨迹身份。 + "fixed-offline-reference-path", // 来源:固定非空参考路径身份。 + string.Empty, // 来源:没有上一条轨迹,因此没有前序身份。 + EmMotionModel.NonholonomicForwardReverse, // 来源:当前 EM 支持的非完整运动模型。 + EmPlanningScope.FullDirectionSegment, // 来源:固定示例规划完整单方向段。 + null, // 来源:离线示例不另设循环截止剩余时间;单位 s。 + cancellationToken, // 来源:方法调用方的取消令牌。 + CancellationToken.None); // 来源:离线示例没有独立循环截止令牌。 + + // 步骤 11:调用 EM 服务 + var emPlanningService = new EmPlanningService( + new OsqpNativeSolver()); // 来源:仓库现有原生 OSQP 求解器;无单位。 + EmPlanningResult emResult = emPlanningService.Plan( + emRequest, + cancellationToken); + + // 步骤 12:判断是否可发布 + bool emSucceeded = emResult.Status == EmPlanningStatus.Success || + emResult.Status == EmPlanningStatus.SuccessWithFallback; + if (!emSucceeded || + emResult.Trajectory == null || + emResult.Trajectory.Points.Count < 2) + { + throw new InvalidOperationException( + "EM 规划没有返回完整可控轨迹:" + emResult.FailureReason); + } + EmTrajectory emTrajectory = emResult.Trajectory; + + // 步骤 13:读取输出契约 + // 以下局部变量只用于逐字段检查与诊断示范,不是车辆命令,也绝不能直接下发到底盘。 + string trajectoryId = emTrajectory.Metadata.TrajectoryId; + string referencePathId = emTrajectory.Metadata.ReferencePathId; + TravelDirection publishedDirection = emTrajectory.Metadata.Direction; + EmTerminalType terminalType = emTrajectory.Metadata.TerminalType; + EmPlanningScope publishedScope = emTrajectory.Metadata.PlanningScope; + _ = trajectoryId; + _ = referencePathId; + _ = publishedDirection; + _ = terminalType; + _ = publishedScope; + foreach (EmTrajectoryPoint point in emTrajectory.Points) + { + double timeFromStartSeconds = point.TimeFromStart; + double worldXMeters = point.X; + double worldYMeters = point.Y; + double yawRadians = point.Yaw; + double vehicleCurvaturePerMeter = point.VehicleCurvature; + double pathSMeters = point.PathS; + double signedSpeedMetersPerSecond = point.SignedLongitudinalVelocity; + double velocityXMetersPerSecond = point.VelocityX; + double velocityYMetersPerSecond = point.VelocityY; + double longitudinalAccelerationMetersPerSecondSquared = point.LongitudinalAcceleration; + double longitudinalJerkMetersPerSecondCubed = point.LongitudinalJerk; + double yawRateRadiansPerSecond = point.YawRate; + _ = timeFromStartSeconds; + _ = worldXMeters; + _ = worldYMeters; + _ = yawRadians; + _ = vehicleCurvaturePerMeter; + _ = pathSMeters; + _ = signedSpeedMetersPerSecond; + _ = velocityXMetersPerSecond; + _ = velocityYMetersPerSecond; + _ = longitudinalAccelerationMetersPerSecondSquared; + _ = longitudinalJerkMetersPerSecondCubed; + _ = yawRateRadiansPerSecond; + } + + // 步骤 14:适配为控制轨迹 + Trajectory2D controllerTrajectory = + new EmControlTrajectoryAdapter().Create(emTrajectory); + + // 步骤 15:交给闭环动作 + // 本示例只返回轨迹输入;StateProvider、控制器参数、执行保护和停车策略仍由宿主拥有。 + return new FixedOfflinePlanningOutput( + emTrajectory, // 来源:步骤 12 的完整 EM 时间轨迹。 + controllerTrajectory); // 来源:步骤 14 的控制器 SI 轨迹。 + } +}